Kantoraketti

Kantoraketti ( RN ), myös avaruusraketti ( RKN ) on raketti , joka on suunniteltu lähettämään hyötykuorma avaruuteen [1] .

Joskus termiä "tehostin" käytetään laajennetussa merkityksessä: raketti, joka on suunniteltu kuljettamaan hyötykuorma tiettyyn pisteeseen ( avaruuteen tai maan syrjäiselle alueelle ) - esimerkiksi keinotekoiset maasatelliitit , avaruusalukset , ydin- ja ei- ydinkärjet . _ Tässä tulkinnassa termi "laukaisuväline" yhdistää termit "avaruusraketti" (RKN) ja " mannertenvälinen ballistinen ohjus ".

Luokitus

Toisin kuin jotkin horisontaalisesti laukaistettavat ilmailujärjestelmät (AKS), kantoraketit käyttävät pystysuoraa laukaisutyyppiä ja (paljon harvemmin) ilmalaukaisua .

Vaiheiden määrä

Yksivaiheisia kantoraketteja, jotka kuljettavat hyötykuormia avaruuteen, ei ole vielä luotu, vaikka kehitysasteisia projekteja onkin (" KORONA ", HEAT-1X ja muut). Joissakin tapauksissa raketti, jossa on lentotukialus ensimmäisenä vaiheena tai jossa käytetään vahvistimia sellaisenaan, voidaan luokitella yksivaiheiseksi raketiksi. Ulkoavaruuteen pääsevien ballististen ohjusten joukossa on monia yksivaiheisia ohjuksia, mukaan lukien ensimmäinen ballistinen V-2- ohjus [2] ; Yksikään niistä ei kuitenkaan pysty pääsemään maan keinotekoisen satelliitin kiertoradalle.

Portaiden sijainti (asettelu)

Kantorakettien suunnittelu voi olla seuraava:

• pituussuuntainen asettelu (tandem), jossa vaiheet sijaitsevat peräkkäin ja toimivat lennossa vuorotellen (LV " Zenith-2 ", " Proton ", " Delta-4 ");
• rinnakkainen asettelu (paketti), jossa useat rinnakkain sijaitsevat ja eri vaiheisiin kuuluvat lohkot toimivat samanaikaisesti lennon aikana ( Sojuz kantoraketti );
  • ehdollinen pakettiasetelma (ns. puolitoistavaiheinen järjestelmä), joka käyttää kaikille vaiheille yhteisiä polttoainetankkeja , joista käynnistys- ja tukimoottorit saavat voiman, käynnistyvät ja toimivat samanaikaisesti, vain ne nollataan prosessin päätyttyä. käynnistysmoottorit;
  • "parsa"-asettelu (termi, jonka loi ilmailu-insinööri Ed Keith, yksi tämän asettelun luojista), joka käyttää pumppuja polttoaineen pumppaamiseen sivuvaiheista keskivaiheeseen. Tätä järjestelmää käytettiin Falcon Heavy -kantoraketin alkuperäisessä suunnittelussa , joka myöhemmin hylättiin järjestelmän teknisen toteutuksen monimutkaisuuden vuoksi.

Käytetyt moottorit

Marssimoottoreina voidaan käyttää:

• nestemäiset rakettimoottorit ;
• kiinteät rakettimoottorit ;
• erilaisia ​​yhdistelmiä eri tasoilla.

Hyötykuorman massa

Matalalle vertailukiertoradalle (LEO) laukaistettujen ohjusten luokitus hyötykuormamassan (PN) mukaan muuttuu tekniikan kehittyessä ja on melko mielivaltainen [1] [3] :

Joskus erotetaan myös ultrakevyt kantorakettien luokka, joka pystyy toimittamaan jopa 500 kiloa painavan hyötykuorman LEO:lle [7] .

Käytä uudelleen

Yleisimpiä ovat kertakäyttöiset monivaiheiset raketit sekä erä- että pitkittäisrakenteissa. Kertakäyttöiset raketit ovat erittäin luotettavia kaikkien elementtien maksimaalisen yksinkertaistamisen ansiosta. On syytä selventää, että kiertoradan nopeuden saavuttamiseksi yksivaiheisen raketin lopullinen massa tarvitsee teoreettisesti olla enintään 7–10 % lähtömassasta, mikä vaikeuttaa niiden toteuttamista jopa olemassa olevilla teknologioilla. ja taloudellisesti tehoton hyötykuorman pienen massan vuoksi. Maailman kosmonautikan historiassa yksivaiheisia kantoraketteja ei käytännössä luotu - siellä oli vain niin sanottuja puolitoistavaiheisia muutoksia (esimerkiksi amerikkalainen Atlas -kantoraketti, jossa on pudotettavat lisäkäynnistysmoottorit). Useiden vaiheiden läsnäolo antaa sinun lisätä merkittävästi lähtöhyötykuorman massan suhdetta raketin alkuperäiseen massaan. Samaan aikaan monivaiheiset raketit vaativat alueiden vieraantumista välivaiheiden putoamista varten.

Koska tarvitaan erittäin tehokkaita monimutkaisia ​​teknologioita (ensisijaisesti propulsiojärjestelmien ja lämpösuojauksen alalla), täysin uudelleenkäytettäviä kantoraketteja ei vielä ole olemassa huolimatta jatkuvasta kiinnostuksesta tätä tekniikkaa kohtaan ja ajoittain avautuvista projekteista uudelleenkäytettävien kantorakettien kehittämiseksi. (kaudelle 1990-2000 - kuten ROTON, Kistler K-1, AKS VentureStar jne.). Osittain uudelleenkäytettäviä olivat laajalti käytetty amerikkalainen uudelleenkäytettävä avaruuskuljetusjärjestelmä (MTKS)-AKS " Space Shuttle " ("Space Shuttle") ja Neuvostoliiton ohjelma MTKS " Energy - Buran ", joka on kehitetty, mutta jota ei koskaan käytetty sovelletussa käytännössä, sekä toteutumattomien entisten (esimerkiksi " Spiraali ", MAKS ja muut AKS) ja hiljattain kehitetyt (esimerkiksi " Baikal-Angara ") projektit. Vastoin odotuksia avaruussukkula ei kyennyt alentamaan rahdin kiertoradalle toimittamista koskevia kustannuksia; lisäksi miehitetyille MTKS:ille on ominaista monimutkainen ja pitkä laukaisua edeltävä valmisteluvaihe (johtuen lisääntyneistä luotettavuus- ja turvallisuusvaatimuksista miehistön läsnä ollessa).

Falcon 9 -kantoraketti on osittain uudelleenkäytettävä (ensimmäinen vaihe ja nenäsuojus) . Tämän kantoraketin ensimmäistä vaihetta voidaan käyttää jopa 10 kertaa tai useammin minimaalisella lentojen välisellä huollolla [8] [9] . Lokakuusta 2022 lähtien käytännön vaiheen lentoaika on 14 kertaa ( B1058 , B1060 ), ja minimilentoväli on 21 päivää ( B1062-6 ).

Ihmisen läsnäolo

Miehitetyille lennoille tarkoitettujen ohjusten tulisi olla luotettavampia (niihin on myös asennettu hätäpelastusjärjestelmä ), niiden sallitut ylikuormitukset ovat rajoitettuja (yleensä enintään 3 - 4,5  g ). Samaan aikaan kantoraketti itsessään on täysautomaattinen järjestelmä, joka laukaisee laitteen (avaruusaluksen) ulkoavaruuteen ihmisten kanssa, nämä voivat olla suoraan alusta ohjaavia lentäjiä, asiantuntijoita (insinöörejä, tutkijoita, lääkäreitä), avaruusturisteja .

Historia

Ihmiskunta on käyttänyt suihkukoneistoa keskiajalta lähtien rakettiaseissa : Kiinassa - 1200-luvulta, Intiassa - 1700-luvulta ( Mysore-raketit , ensimmäiset metallikotelolla varustetut raketit). Näiden rakettien nopeudet olivat kuitenkin paljon pienemmät kuin ensimmäisten avaruusrakettien.

10. toukokuuta 1897 K. E. Tsiolkovsky tutkii käsikirjoituksessaan "Raketti" useita suihkukoneistoongelmia, joissa hän määrittää nopeuden, jonka lentokone kehittää rakettimoottorin työntövoiman vaikutuksesta, suunta muuttumattomana, ilman kaikkia muut voimat; lopullista riippuvuutta kutsuttiin " Tsiolkovsky-kaavaksi " (artikkeli julkaistiin "Scientific Review" -lehdessä vuonna 1903).

Vuonna 1903 K. E. Tsiolkovsky julkaisi teoksen "Maailman avaruuden tutkiminen suihkuinstrumenteilla" - ensimmäisen maailmassa, joka on omistettu planeettojen välisten lentojen mahdollisuuden teoreettiselle perustelulle suihkukoneella - "raketilla". Vuosina 1911-1912 tästä teoksesta julkaistiin toinen osa, vuonna 1914 lisäys. K. E. Tsiolkovsky ja hänestä riippumattomasti F. A. Zander tulivat siihen tulokseen, että avaruuslennot ovat mahdollisia käyttämällä jo tunnettuja energialähteitä, ja esittivät käytännön kaavioita niiden toteuttamiseksi (raketin muoto, moottorin jäähdytyksen periaatteet, nesteen käyttö kaasut polttoaineena).

Ensimmäinen teoreettinen suunnittelu kantoraketista oli " Lunar Rocket ", jonka British Interplanetary Society suunnitteli vuonna 1939. Projekti oli yritys kehittää kantoraketti, joka pystyy toimittamaan hyötykuorman Kuuhun, perustuen yksinomaan olemassa olevaan teknologiaan 1930-luvulla, eli se oli ensimmäinen avaruusrakettiprojekti, jossa ei ollut fantastisia oletuksia. Toisen maailmansodan puhkeamisen vuoksi hankkeen työ keskeytettiin, eikä sillä ollut merkittävää vaikutusta astronautiikan historiaan [10] .

Maailman ensimmäinen todellinen kantoraketti, joka toimitti hyötykuorman (" Sputnik-1 ") kiertoradalle vuonna 1957, oli Neuvostoliiton R-7 ("Sputnik") . Lisäksi Neuvostoliitosta ja USA :sta ja sitten useista muista maista tuli niin sanottuja " avaruusvaltoja ", jotka alkoivat käyttää omia kantorakettejaan. Neuvostoliitto ja Yhdysvallat ja paljon myöhemmin myös Kiina loivat kantoraketin miehitetyille lennoille.

Tällä hetkellä valtion avaruusvirastojen raketteista seuraavat kantoraketit voivat kantaa suurimman hyötykuorman: venäläinen Proton-M kantoraketti, amerikkalainen Delta-IV Heavy kantoraketti ja eurooppalainen Ariane-5 raskaan luokan kantoraketti. Niiden avulla voidaan laukaista 21–25 tonnia hyötykuormaa matalalle Maan kiertoradalle ( 200 km ) ,  6–10 tonnia GPO :lle ja  jopa 3–6 tonnia GSO :lle [11] . Tehokkain käytössä oleva kantoraketti on kuitenkin yksityisen SpaceX -yhtiön Falcon Heavy , superraskas luokan raketti (amerikkalaisen luokituksen mukaan), joka pystyy laukaisemaan jopa 64 tonnia matalalle Maan kiertoradalle ja jopa 27 tonnia. GPO:ksi.

Aiemmin luotiin tehokkaampia superraskaita kantoraketteja (osa hankkeita ihmisen laskemiseksi kuuhun), kuten amerikkalainen Saturn-5 kantoraketti ja Neuvostoliiton N-1 kantoraketti , sekä myöhemmin. , Neuvostoliiton Energia Mutta ne eivät ole tällä hetkellä käytössä. Vastaavasti tehokas ohjusjärjestelmä oli amerikkalainen avaruussukkula MTKS , jota voitiin pitää superraskaan luokan kantorakettina 100 tonnin painoisen miehitetyn avaruusaluksen laukaisuun tai raskaan luokan kantorakettina muiden hyötykuormien laukaisuun (jopa 20-30 tonnia, riippuen radasta). Samaan aikaan avaruussukkula oli uudelleenkäytettävän avaruusjärjestelmän toinen vaihe, jota voitiin käyttää vain sen osallistuessa - toisin kuin MTKS Energia-Buranin Neuvostoliiton analogi .

Suunnitellut superraskaat kantoraketit

NASAn avaruusjärjestö kehittää osana Artemis -projektia SLS :ää (space launch system), jonka avulla jatketaan miehitettyjä lentoja kuuhun ja rakennetaan kuun tukikohta [12] . Tämän kantoraketin tulee pystyä kuljettamaan 95-131,5 tonnin lastia matalalle vertailukiertoradalle . Ensimmäinen miehittämätön laukaisu Artemis-1- operaation kanssa on suunniteltu aikaisintaan toukokuussa 2022 [13] , ja ensimmäinen miehitetty Artemis-2- laukaisu on suunniteltu vuodelle 2023 [14] .

Kolmas superraskaan luokan kantoraketti Venäjällä saattaa olla Jenisei -luokan kantoraketti , jonka yksityiskohtainen suunnitteluaikataulu allekirjoitettiin tammikuun 2019 alussa. Raketin infrastruktuurin rakentaminen aloitetaan vuonna 2026, ensimmäinen lento on suunniteltu vuodelle 2028 Vostochnyn kosmodromista . Uusi venäläinen superraskas kantoraketti laukaisee yli 70 tonnia rahtia matalalle maan kiertoradalle ja tarjoaa lentoja syvälle avaruuteen [15] .

Katso myös

• Uudelleenkäytettävä kantoraketti
• Luettelo kantoraketeista
• Ensimmäisten avaruuslaukaisujen aikajana maittain

Muistiinpanot

1. ↑ 1 2 TSB, 1975 .
2. ↑ Dornberger, 2004 .
3. ↑ Gorkin, 2006 .
4. ↑ TSB, 1975 : “R.-n. voidaan jakaa ehdollisesti seuraaviin. luokat: kevyt (enintään 500 kg), keskiraskas (enintään 10 tonnia), raskas (jopa 100 tonnia), superraskas (yli 100 tonnia).
5. ↑ BRE : “RN:t jaetaan kevyisiin (5 tonniin asti, esimerkiksi Cosmos, Vega), keskiraskaan (5–20 tonnia, Sojuz, Zenit), raskaisiin (20–100 tonnia, Proton -M), “Ariane- 5"), superraskas (yli 100 tonnia, "N-1", "Energia")".
6. ↑ McConnaughey .
7. ↑ Klyushnikov V. Yu. Ultrakevyet kantoraketit: markkinarako laukaisupalvelumarkkinoilla ja lupaavia projekteja. Osa 1  // Aerospace sphere: Journal. - 2019. - 5. syyskuuta ( nro 3 ). - S. 58-71 . — ISSN 2587-7992 . — doi : 10.30981/2587-7992-2019-100-3-58-71 . (Venäjän kieli)
8. ↑ Musk esikatselee SpaceX:n tulevaa kiireistä vuotta .
9. ↑ Lohkon 5 puhelimen painin .
10. ↑ BIS Lunar Lander .
11. ↑ M. V. Hrunitševin mukaan nimetyt GKNPT:t .
12. ↑ NASA .
13. ↑ NASAn kenraalitarkastaja arvostelee jyrkästi SLS:n ydinvaiheen   kehitystä ? . SpaceNews (10. lokakuuta 2018). Haettu: 24.3.2022.  (määrätön)
14. ↑ NASA asettaa ensimmäisen SLS-   laukaisun päivämäärän joulukuulle 2019 ? . SpaceNews (8. marraskuuta 2017). Haettu: 24.3.2022.  (määrätön)
15. ↑ Venäläinen superraskas raketti nimeltä "Jenisei" .

Kirjallisuus

• V. A. Aleksandrov, V. V. Vladimirov, R. D. Dmitriev, S. O. Osipova. Laukaisuajoneuvot / toim. S. O. Osipova. - Moskova: Military Publishing House , 1981. - 315 s. - 17 000 kappaletta. (Venäjän kieli)
• V. I. Kurenkov. Osa 2. Kantorakettien suunnittelun perusteet // Raketti- ja avaruusteknologian tuotteiden suunnittelu ja suunnittelu . - elektroni. oppikirja korvaus. - Samara: Venäjän opetus- ja tiedeministeriö , Samaran osavaltio. ilmailu-yliopisto. S. P. Koroleva , 2012. (Venäjän kieli)
• BOAT ROCKET  // Great Russian Encyclopedia  : [35 osana]  / ch. toim. Yu. S. Osipov . - M .  : Suuri venäläinen tietosanakirja, 2004-2017.
• Tekniikka. The Modern Illustrated Encyclopedia . - Moskova: Rosmen , 2006.
• Dornberger V. "V-2". Kolmannen valtakunnan superase. 1930-1945 = V-2. Natsien rakettiase / Per. englannista. I. E. Polotsk. - Moskova: Tsentrpoligraf , 2004. - 350 s. — ISBN 5-9524-1444-3 .
• Laukaisuauto / G. A. Nazarov // Näyte - Remensy. - M .  : Soviet Encyclopedia, 1975. - ( Great Soviet Encyclopedia  : [30 osassa]  / päätoimittaja A. M. Prokhorov  ; 1969-1978, osa 21).

Linkit

Venäjäksi:

• Raketinheitin tai tehostin . (Venäjän kieli)
• Hrunitševin osavaltion avaruustutkimus- ja tuotantokeskuksen laukaisuajoneuvot . (Venäjän kieli)
• Lupaavat kantoraketit (2.8.2018). (Venäjän kieli)
• Superraskas venäläinen raketti sai nimekseen Jenisei . TASS . Haettu: 4.1.2019. (Venäjän kieli)
• Arkistoitu kopio (linkki ei saatavilla) . M. V. Hrunitševin mukaan nimetyt GKNPT:t . Haettu 1. huhtikuuta 2008. Arkistoitu alkuperäisestä 22. helmikuuta 2008. (Venäjän kieli) 

Englanniksi:

• BIS Lunar  Lander .
• Block 5 Phone Presser  (englanniksi) (10. toukokuuta 2018).
• Clark, Stephen Musk esittelee  SpaceX :n tulevaa kiireistä vuotta . Avaruuslento nyt (4. huhtikuuta 2017).
• Paul K. McConnaughey; Mark G. Femminineo, Syri J. Koelfgen, Roger A. Lepsch, Richard M. Ryan, Steven A. Taylor. Launch Propulsion Systems Roadmap:n luonnos: Technology Area 01  (englanniksi) (PDF). NASA s. 11 (marraskuu 2010). — "...Pieni: 0-2t hyötykuormat, Keskikokoiset: 2-20t hyötykuormat, Raskas: 20-50t hyötykuormat, Super Heavy: >50t hyötykuormat." Käyttöönottopäivä: 7.10.2020.
• NASA Attemis . (määrätön)
• NASA arvioi aikataulua, Artemis 2:n laukaisupäiväennusteet . (määrätön)

Sanakirjat ja tietosanakirjat	Suuri katalaani Hienoa norjalaista Iso venäläinen Britannica (verkossa)
Bibliografisissa luetteloissa	GND : 4185818-9 J9U : 987007558161205171 LCCN : sh85075056